[发明专利]调节超导眼型结构永磁体磁偏角的方法、系统及介质

说明书

本发明提供了一种调节超导眼型结构永磁体磁偏角的方法、系统及介质，包括：眼型永磁体制备步骤：对第一超导带材进行切割，然后再对切割后的第一超导带材进行拉伸和挤压，形成单匝的超导眼型永磁体，将多个单匝的眼型磁体进行堆叠，获得多匝的超导眼型永磁体；高温超导带材堆叠步骤：将多个高温超导带材进行堆叠，获得超导堆叠带材，将获得的超导堆叠带材设置在在获得的多匝的超导眼型永磁体的气隙中。本发明通过简单的超导堆叠带材，便能实现对眼型结构永磁体磁偏角的调控，使得该型磁通的磁场均一性得到了提升和优化。此方法投入成本小，产生效益高，可为眼型结构永磁体的工程化应用带来促进作用。

技术领域

本发明涉及超导永磁体技术领域，具体地，涉及调节超导眼型结构永磁体磁偏角的方法、系统及介质。

背景技术

随着现代电力系统、航空航天等产业对设备的容量以及能量密度需求的提高。基于常规永磁体(铁氧体，如铁硼)的设备已经逐渐无法满足对应需求。突破传统设计瓶颈，需要永磁体在相同尺寸下提供更高的磁场，而高温超导永磁体则是一项理想的替代技术。

随着高温超导材料的产业化以及生产工艺的成熟化，高温超导永磁体与常规永磁体之间的价格差距也将逐渐缩小。与此同时，由于总体价格的下降，使得高温超导永磁体在高性能电机、移动式医疗等新兴领域中的应用成为了可能。基于二代高温超导材料的移动式医疗磁体，由于其额定工作温度的提升将显著降低医疗设备的运行维护成本。基于固氮等制冷剂的无制冷机系统，将进一步降低医疗磁体的体积与重量、使得移动式医疗磁体在医疗欠发达地区以及现代战场的应用成为可能。而移动式医疗磁体的使用可以显著提高自然灾害现场、现代战场等场合的医疗诊断精度，同时其在医疗欠发达地区的应用将有效提升边远地区的医疗水平。

高温超导永磁体的研究已经开展了超过20年，永磁体的主要存在形式包括了超导块材永磁体，堆叠带材永磁体，以及新型的眼型结构永磁体。超导块材、堆叠带材永磁体的研究已经开展很久，其励磁机理以及励磁技术也相对成熟，两者均可俘获高达17T以上的磁场。超导眼型结构永磁体于2008年被提出，先后应用在磁屏蔽腔、超导变压器、超导限流器等电力设备中，近些年才重新回到永磁体的研究路线上来。

超导眼型永磁体由多根高温超导带材经过切割、堆叠等工艺后加工而成。首先超导带材经过机械或者激光切割的方式进行切分，形成如图1所示两端相连、中间断开的结构；之后将切割完成的超导带材堆叠，沿中心的切割线进行撑开并固定于中心支撑件上；最后可根据应用场合进行不同类型的固化封装。

与超导块材、超导堆叠带材永磁体相比，超导眼型永磁体具有以下几项特点：1.大尺寸，形状多变：由于超导眼型结构永磁体是由超导带材切割后撑开而制成的，在保证材料最小转弯半径的基础上可将永磁体的包裹空间设计为各种形状，如眼型、跑道型、圆角长方形等。2.材料的均匀度依赖低：磁体由多根短带切割而成，超导带材沿长度方向的均匀度只会影响到单根带材撑开后形成环流的能力。磁体最终俘获磁场的大小为多根带材产生环流的累加，单个缺陷点将不会过多的影响到整个磁体的性能。另一方面由于带材切开后直接采用堆叠的方式进行扩展，带材与带材之间不存在绝缘层，超导永磁体处于一种类似于无绝缘线圈的状态。在实际应用中，如果出现局部缺陷点，超导磁体也将如超导无绝缘线圈一样，通过径向电流的形式来绕过缺陷点；如果磁体失超也将通过径向电流的方式来释放能量。3.励磁效果不同：由于常规超导永磁体的励磁方式中，外加磁场均垂直于带材a-b面，即超导材料处于垂直磁场中；而超导眼型永磁体励磁过程中外加磁场平行与a-b面，即超导材料处于平行磁场中，故理论上眼型超导永磁体相较于堆叠带材可以提供更高的中心磁场。此外，得益于高温超导带材基带层的存在，超导眼型永磁体中超导层将受到基带层的机械支撑，该类型超导永磁体在机械性能上将优于超导块材。

但是，如图2所示，由于眼型结构的空间不对称性，使得永磁体产生磁场存在磁偏角，典型单分裂超导眼型永磁体的俘获磁场并不对称，永磁体宏观俘获磁场发生了偏移。磁偏角的存在是超导眼型永磁体工业应用的一项主要的限制因素。